化工设备机械基础课后习题答案 第六版

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1、 化工设备机械基础习题解答 第一篇: 化工设备材料第一章 化工设备材料及其选择一. 名词解释A组：1.蠕变：在高温时，在一定的应力下，应变随时间而增加的现象。或者金属在高温和应力的作用下逐渐产生塑性变形的现象。2.延伸率：试件受拉力拉断后，总伸长的长度与原始长度之比的百分率。3.弹性模数(E)：材料在弹性范围内，应力和应变成正比，即=E,比例系数E为弹性模数。4.硬度：金属材料表面上不大的体积内抵抗其他更硬物体压入表面发生变形或破裂的能力。5.冲击功与冲击韧性：冲击功是冲击负荷使试样破断所做的功。冲击韧性是材料在外加动载荷突然袭击时的一种及时和迅速塑性变形的能力。6.泊桑比（）：拉伸试验中试件

2、单位横向收缩与单位纵向伸长之比。对于钢材，=0.3 。7.耐腐蚀性：金属和合金对周围介质侵蚀（发生化学和电化学作用引起的破坏）的抵抗能力。8.抗氧化性：金属和合金抵抗被氧化的能力。9.屈服点：金属材料发生屈服现象的应力，即开始出现塑性变形的应力。它代表材料抵抗产生塑性变形的能力。10.抗拉强度：金属材料在受力过程中，从开始加载到发生断裂所能达到的最大应力值。B组：1.镇静钢： 镇静钢在用冶炼时用强脱氧剂 Si, Al等完全脱氧脱氧，是脱氧完全的钢。把FeO中的氧还原出来，生成SiO2和Al2O3。钢锭膜上大下小，浇注后钢液从底部向上，向中心顺序地凝固。钢锭上部形成集中缩孔，内部紧密坚实。 2.

3、沸腾钢：沸腾钢在冶炼时用弱脱氧剂Mn脱氧，是脱氧不完全的钢。其锭模上小下大，浇注后钢液在锭模中发生自脱氧反应，放出大量CO 气体，造成沸腾现象。沸腾钢锭中没有缩孔，凝固收缩后气体分散为很多形状不同的气泡，布满全锭之中，因而内部结构疏松。 3.半镇静钢：介于镇静钢和沸腾钢之间，锭模也是上小下大，钢锭内部结构下半部像沸腾钢，上半部像镇静钢。4.低碳钢：含碳量低于0.25%的碳素钢。5.低合金钢：一般合金元素总含量小于5%的合金钢。6.碳素钢：这种钢的合金元素含量低，而且这些合金元素不是为了改善钢材性能人为加入的。7.铸铁：含碳量大于2%的铁碳合金。8.铁素体：碳溶解在-Fe中所形成的固溶体叫铁素体

4、。9.奥氏体：碳溶解在-Fe中所形成的固溶体叫奥氏体。10.马氏体：钢和铁从高温奥氏体状态急冷下来，得到一种碳原子在铁中过饱和的固溶体。C. 1.热处理：钢铁在固态下通过加热,保温和不同的冷却方式，以改变其组织、满足所需要的物理,化学与机械性能，这样的加工工艺称为热处理。2.正火：将加热到临界点以上的一定温度，保温一段时间后的工件从炉中取出置于空气中冷却下来，冷却速度比退火快，因而晶粒细化。 3.退火：把工件加热到临界点以上的一定温度，保温一段时间，然后随炉一起冷却下来，得到接近平衡状态组织的热处理方法。4.淬火：将钢加热至淬火温度（临界点以3050oC）并保温一定时间，然后再淬火剂中冷却以得

5、到马氏体组织的一种热处理工艺。淬火可以增加工件的硬度、强度和耐磨性。5.回火：在零件淬火后再进行一次较低温度的加热与冷却处理工艺。回火可以降低和消除工件淬火后的内应力，使组织趋于稳定，并获得技术上所要求的性能。6.调质：淬火加高温回火的操作。要求零件的强度、韧性、塑性等机械性能都较好时，一般采用调质处理。7.普通碳素钢：这种钢含硫,磷等有害杂质较多，要求S0.055%，P0.045%。普通碳素结构钢的牌号由代表钢材屈服点的字母、屈服点数值、材料质量等级符号、脱氧方法符号等四个部分按顺序组成，例如： Q235AF。8.优质碳素钢：含硫,磷等较少（含硫S、磷P均0.04%），非金属杂质少，组织均匀

6、，表面质量较好。9.不锈钢和不锈耐酸钢：不锈钢是耐大气腐蚀的钢；耐酸钢是能抵抗强烈腐蚀性介质的钢。不锈耐酸钢是不锈钢和耐酸钢的总称。10.锅炉钢：有锅炉钢管和锅炉钢板。锅炉钢管主要用作锅炉及某些换热设备的受热面和蒸汽管路，锅炉钢板则常用于锅炉和其他压力容器的承压壳体。由于锅炉钢常处于中温高压状态，而且还受冲击、疲劳、水和蒸汽的腐蚀作用，以及各种冷热加工，因此，对其性能要求也较高。D. 1.容器钢：化工生产所用容器与设备的操作条件较复杂，制造技术要求比较严格，对压力容器用钢板有比较严格的要求。2.耐热钢：能耐高温的钢，抗氧化性能强且强度大。3.低温用钢：由于普通碳钢在低温下（-20以下）会变脆，

7、冲击韧性会显著下降。因此用作低温场合的钢要求具有良好的韧性（包括低温韧性），良好的加工工艺性和可焊性的钢。4.腐蚀速度：评定金属的腐蚀有两种方法。（1） 根据重量评定金属的腐蚀的速度。它是通过实验的方法测出金属试件在单位表面积、单位时间腐蚀引起的重量变化。即：（g/m2h）K：腐蚀速度，g/cm2h；p0：腐蚀前试件的重量，g；p1：腐蚀后试件的重量，g；F： 试件与腐蚀介质接触的面积，m2； t ： 腐蚀作用的时间， h；（2） 根据金属的腐蚀深度评定金属的腐蚀速度。根据重量变化表示腐蚀速度时，没有考虑金属的相对密度，因此当重量损失相同时，相对密度不同的金属其截面的尺寸的减少则不同。为了表示

8、腐蚀前后尺寸的变化，常用金属厚度减少量，即腐蚀深度来表示腐蚀速度。即： （mm/a） 式中：Ka：用每年金属厚度的减少量表示的腐蚀速度，mm/a； ：金属的相对密度，g/cm3。5.化学腐蚀：金属遇到干燥的气体和非电解质溶液发生 化学作用引起的腐蚀。化学腐蚀在金属表面上，腐蚀过程没有电流产生。6.电化学腐蚀：金属与电解质溶液间产生电化学作用而引起的破坏，其特点是在腐蚀过程中有电流产生。7.氢腐蚀：氢气在高温高压下对普通碳钢及低合金钢产生腐蚀，使材料的机械强度和塑性显著下降，甚至破坏的现象。8.晶间腐蚀：一种局部的,选择性的破坏。9.应力腐蚀：金属在腐蚀性介质和拉应力的共同作用下产生的一种破坏形

9、式。10.阴极保护：把盛有电解质的金属设备和直流电源负极相连，电源正极和一辅助阳极相连。当电路接通后，电源便给金属设备以阴极电流，使金属的电极电位向负向移动，当电位降至阳极起始电位时，金属设备的腐蚀即停止。二. 指出下列钢材的种类、含碳量及合金元素含量组钢号种类含碳量%合金元素含量（%）符号意义Q235-AF普通碳素甲类钢F：沸腾钢Q:钢材屈服点Q235-A普通碳素甲类钢A:甲类钢20g优质碳素结构钢0.2%g:锅炉钢16Mn R普通低合金钢0.16%1.5%R:容器钢20MnMo普通低合金钢0.2%MnMo1.5%16MnDR普通低合金钢0.16%Mn:1.5%D:低温钢14Cr1Mo普通低

10、合金钢0.14%Cr:0.9-1.3%;Mo:1.5%0Cr13铬不锈钢0.08%Cr:13%1Cr18Ni9Ti奥氏体不锈钢0.1%Cr:18%;Ni:9%;Ti:1.5%00Cr19Ni10奥氏体不锈钢0.03%Cr:19%;Ni:10%B组：钢号种类含碳量%合金元素含量（%）符号意义Q235-B普通碳素乙类钢F：沸腾钢Q:钢材屈服点Q235-AR普通碳素甲类容器钢R:容器钢16Mng普通低合金钢0.16%Mn:1.5%g:锅炉钢18Nbb普通低合金钢0.18%Nb:1.5%b:半镇静钢18MnMoNbR普通低合金钢0.18%Mn.Mo.Nb:1.5%09MnNiDR普通低合金钢0.09%

11、Mn.Ni:1.5%R:容器钢06MnNb普通低合金钢0.06%Mn.Nb:!.5%2Cr13铬不锈钢0.2%Cr13%12Cr2Mo1普通低合金钢0.12%Cr:1.52.49%;Mo:0.91.3%0Cr18Ni12Mo2Ti奥氏体不锈钢0.08%Cr:18%;Ni:12%;Mo:1.52.49%;Ti:1.5%三、选择材料设备介质设计温度/设计压力/MPa供选材料应选材料氨合成塔外筒氮、氢、少量氨200150Cr18Ni9Ti，20，Q235-AF ，18MnMoNbR，15MnVR, 13MnNiMoNbR18MnMoNbR或13MnNiMoNbR氯化氢吸收塔氯化氢气体，盐酸，水801

12、200.2Q235-AR ，1Cr18Ni9Ti，铜，铝，硬聚氯乙烯塑料，酚醛树脂漆浸渍的不透性石墨Q235-AR+铜衬里溶解乙炔气瓶蒸压釜水蒸汽20015Q235-A，0Cr19Ni10，20，16MnR，18MnMoNbR，07MnCrMoVR18MnMoNbR高温高压废热锅炉的高温气侧壳体内衬转化气（H2,CO2,N2,CO,H2O,CH4,Ar）89010003.1418MnMoNbR，0Cr13，Q235-AR，Cr25Ni20，0Cr18Ni9Ti，Cr22Ni14NCr25Ni20化工设备机械基础习题解答 第一章 化工设备材料及其选择二. 名词解释A组：1.蠕变：在高温时，在一定

13、的应力下，应变随时间而增加的现象。或者金属在高温和应力的作用下逐渐产生塑性变形的现象。2.延伸率：试件受拉力拉断后，总伸长的长度与原始长度之比的百分率。3.弹性模数(E)：材料在弹性范围内，应力和应变成正比，即=E,比例系数E为弹性模数。4.硬度：金属材料表面上不大的体积内抵抗其他更硬物体压入表面发生变形或破裂的能力。5.冲击功与冲击韧性：冲击功是冲击负荷使试样破断所做的功。冲击韧性是材料在外加动载荷突然袭击时的一种及时和迅速塑性变形的能力。6.泊桑比（）：拉伸试验中试件单位横向收缩与单位纵向伸长之比。对于钢材，=0.3 。7.耐腐蚀性：金属和合金对周围介质侵蚀（发生化学和电化学作用引起的破坏

14、）的抵抗能力。8.抗氧化性：金属和合金抵抗被氧化的能力。9.屈服点：金属材料发生屈服现象的应力，即开始出现塑性变形的应力。它代表材料抵抗产生塑性变形的能力。10.抗拉强度：金属材料在受力过程中，从开始加载到发生断裂所能达到的最大应力值。B组：1.镇静钢： 镇静钢在用冶炼时用强脱氧剂 Si, Al等完全脱氧脱氧，是脱氧完全的钢。把FeO中的氧还原出来，生成SiO2和Al2O3。钢锭膜上大下小，浇注后钢液从底部向上，向中心顺序地凝固。钢锭上部形成集中缩孔，内部紧密坚实。 2.沸腾钢：沸腾钢在冶炼时用弱脱氧剂Mn脱氧，是脱氧不完全的钢。其锭模上小下大，浇注后钢液在锭模中发生自脱氧反应，放出大量CO

15、气体，造成沸腾现象。沸腾钢锭中没有缩孔，凝固收缩后气体分散为很多形状不同的气泡，布满全锭之中，因而内部结构疏松。 3.半镇静钢：介于镇静钢和沸腾钢之间，锭模也是上小下大，钢锭内部结构下半部像沸腾钢，上半部像镇静钢。4.低碳钢：含碳量低于0.25%的碳素钢。5.低合金钢：一般合金元素总含量小于5%的合金钢。6.碳素钢：这种钢的合金元素含量低，而且这些合金元素不是为了改善钢材性能人为加入的。7.铸铁：含碳量大于2%的铁碳合金。8.铁素体：碳溶解在-Fe中所形成的固溶体叫铁素体。9.奥氏体：碳溶解在-Fe中所形成的固溶体叫奥氏体。10.马氏体：钢和铁从高温奥氏体状态急冷下来，得到一种碳原子在铁中过饱

16、和的固溶体。C. 1.热处理：钢铁在固态下通过加热,保温和不同的冷却方式，以改变其组织、满足所需要的物理,化学与机械性能，这样的加工工艺称为热处理。2.正火：将加热到临界点以上的一定温度，保温一段时间后的工件从炉中取出置于空气中冷却下来，冷却速度比退火快，因而晶粒细化。 3.退火：把工件加热到临界点以上的一定温度，保温一段时间，然后随炉一起冷却下来，得到接近平衡状态组织的热处理方法。4.淬火：将钢加热至淬火温度（临界点以3050oC）并保温一定时间，然后再淬火剂中冷却以得到马氏体组织的一种热处理工艺。淬火可以增加工件的硬度、强度和耐磨性。5.回火：在零件淬火后再进行一次较低温度的加热与冷却处理

17、工艺。回火可以降低和消除工件淬火后的内应力，使组织趋于稳定，并获得技术上所要求的性能。6.调质：淬火加高温回火的操作。要求零件的强度、韧性、塑性等机械性能都较好时，一般采用调质处理。7.普通碳素钢：这种钢含硫,磷等有害杂质较多，要求S0.055%，P0.045%。普通碳素结构钢的牌号由代表钢材屈服点的字母、屈服点数值、材料质量等级符号、脱氧方法符号等四个部分按顺序组成，例如： Q235AF。8.优质碳素钢：含硫,磷等较少（含硫S、磷P均0.04%），非金属杂质少，组织均匀，表面质量较好。9.不锈钢和不锈耐酸钢：不锈钢是耐大气腐蚀的钢；耐酸钢是能抵抗强烈腐蚀性介质的钢。不锈耐酸钢是不锈钢和耐酸钢

18、的总称。10.锅炉钢：有锅炉钢管和锅炉钢板。锅炉钢管主要用作锅炉及某些换热设备的受热面和蒸汽管路，锅炉钢板则常用于锅炉和其他压力容器的承压壳体。由于锅炉钢常处于中温高压状态，而且还受冲击、疲劳、水和蒸汽的腐蚀作用，以及各种冷热加工，因此，对其性能要求也较高。D. 1.容器钢：化工生产所用容器与设备的操作条件较复杂，制造技术要求比较严格，对压力容器用钢板有比较严格的要求。2.耐热钢：能耐高温的钢，抗氧化性能强且强度大。3.低温用钢：由于普通碳钢在低温下（-20以下）会变脆，冲击韧性会显著下降。因此用作低温场合的钢要求具有良好的韧性（包括低温韧性），良好的加工工艺性和可焊性的钢。4.腐蚀速度：评定

19、金属的腐蚀有两种方法。（3） 根据重量评定金属的腐蚀的速度。它是通过实验的方法测出金属试件在单位表面积、单位时间腐蚀引起的重量变化。即：（g/m2h）K：腐蚀速度，g/cm2h；p0：腐蚀前试件的重量，g；p1：腐蚀后试件的重量，g；F： 试件与腐蚀介质接触的面积，m2； t ： 腐蚀作用的时间， h；（4） 根据金属的腐蚀深度评定金属的腐蚀速度。根据重量变化表示腐蚀速度时，没有考虑金属的相对密度，因此当重量损失相同时，相对密度不同的金属其截面的尺寸的减少则不同。为了表示腐蚀前后尺寸的变化，常用金属厚度减少量，即腐蚀深度来表示腐蚀速度。即： （mm/a） 式中：Ka：用每年金属厚度的减少量表示

20、的腐蚀速度，mm/a； ：金属的相对密度，g/cm3。5.化学腐蚀：金属遇到干燥的气体和非电解质溶液发生 化学作用引起的腐蚀。化学腐蚀在金属表面上，腐蚀过程没有电流产生。6.电化学腐蚀：金属与电解质溶液间产生电化学作用而引起的破坏，其特点是在腐蚀过程中有电流产生。7.氢腐蚀：氢气在高温高压下对普通碳钢及低合金钢产生腐蚀，使材料的机械强度和塑性显著下降，甚至破坏的现象。8.晶间腐蚀：一种局部的,选择性的破坏。9.应力腐蚀：金属在腐蚀性介质和拉应力的共同作用下产生的一种破坏形式。10.阴极保护：把盛有电解质的金属设备和直流电源负极相连，电源正极和一辅助阳极相连。当电路接通后，电源便给金属设备以阴极

21、电流，使金属的电极电位向负向移动，当电位降至阳极起始电位时，金属设备的腐蚀即停止。二. 指出下列钢材的种类、含碳量及合金元素含量组牌号种类含碳量%合金元素含量（%）符号意义Q235-AF普通碳素甲类钢F：沸腾钢Q:钢材屈服点Q235-A普通碳素甲类钢A:甲类钢20g优质碳素结构钢0.2%g:锅炉钢16Mn R普通低合金钢0.16%1.5%R:容器钢20MnMo普通低合金钢0.2%MnMo1.5%16MnDR普通低合金钢0.16%Mn:1.5%D:低温钢14Cr1Mo普通低合金钢0.14%Cr:0.9-1.3%;Mo:1.5%0Cr13铬不锈钢0.08%Cr:13%1Cr18Ni9Ti奥氏体不锈

22、钢0.1%Cr:18%;Ni:9%;Ti:1.5%00Cr19Ni10奥氏体不锈钢0.03%Cr:19%;Ni:10%B组：钢号种类含碳量%合金元素含量（%）符号意义Q235-B普通碳素乙类钢F：沸腾钢Q:钢材屈服点Q235-AR普通碳素甲类容器钢R:容器钢16Mng普通低合金钢0.16%Mn:1.5%g:锅炉钢18Nbb普通低合金钢0.18%Nb:1.5%b:半镇静钢18MnMoNbR普通低合金钢0.18%Mn.Mo.Nb:1.5%09MnNiDR普通低合金钢0.09%Mn.Ni:1.5%R:容器钢06MnNb普通低合金钢0.06%Mn.Nb:1.5%2Cr13铬不锈钢0.2%Cr:13%1

23、2Cr2Mo1普通低合金钢0.12%Cr:1.52.49%;Mo:0.91.3%0Cr18Ni12Mo2Ti奥氏体不锈钢0.08%Cr:18%;Ni:12%;Mo:1.52.49%;Ti:1.5%C组：钢号种类含碳量%合金元素含量（%）符号意义Q235-C普通碳素特类钢Q:钢材屈服点15MnNbR普通低合金容器钢0.15%Mn.Nb:1.5%R:容器钢06AlCu普通低合金钢0.06%Al.Cu:1.5%Cr22Ni14N奥氏体钢0.10%Cr:22%;Ni:14%;N:1.5%Cr25Ni20奥氏体钢0.10%Cr:25%;Ni:20%0Cr17Ti奥氏体不锈钢0.08%Cr:17%;Ti:

24、1.5%40Mn2A普通低合金钢0.40%Mn:1.52.49%A:高级优质钢15g优质碳素结构钢0.15%g:锅炉钢20R优质碳素结构钢0.20%R:容器钢三、选择材料设备介质设计温度/设计压力/MPa供选材料应选材料氨合成塔外筒氮、氢、少量氨200150Cr18Ni9Ti，20，Q235-AF ，18MnMoNbR，15MnVR, 13MnNiMoNbR18MnMoNbR或13MnNiMoNbR氯化氢吸收塔氯化氢气体，盐酸，水801200.2Q235-AR ，1Cr18Ni9Ti，铜，铝，硬聚氯乙烯塑料，酚醛树脂漆浸渍的不透性石墨Q235-AR+铜衬里溶解乙炔气瓶蒸压釜水蒸汽20015Q2

25、35-A，0Cr19Ni10，20，16MnR，18MnMoNbR，07MnCrMoVR18MnMoNbR高温高压废热锅炉的高温气侧壳体内衬转化气（H2,CO2,N2,CO,H2O,CH4,Ar）89010003.1418MnMoNbR，0Cr13，Q235-AR，Cr25Ni20，0Cr18Ni9Ti，Cr22Ni14NCr25Ni20四、判断题1对于均匀腐蚀、氢腐蚀和晶间腐蚀，采取增加腐蚀裕量的方法，都能有效地解决设备在使用寿命内的腐蚀问题。（）2材料的屈强比（s/b）越高，越有利于充分发挥材料的潜力，因此，应极力追求高的屈强比。（）3材料的冲击韧度k高，则其塑性指标5也高；反之，当材料的

26、5高，则k也一定高。（）4只要设备的使用温度在0350范围内，设计压力1.6MPa，且容器厚度20mm，不论处理何种介质，均可采用Q235-B钢板制造。（）5弹性模量E和泊桑比是材料的重要力学性能，一般钢材的E和都不随温度的变化而变化，所以都可以取为定值。（）6蠕变强度表示材料在高温下抵抗产生缓慢塑性变形的能力；持久强度表示材料在高温下抵抗断裂的能力；而冲击韧性则表示材料在外加载荷突然袭击时及时和迅速塑性变形的能力。（）五、填空题1对于铁碳合金，其屈服点随着温度的升高而（降低），弹性模量E随着温度的升高而（降低）。2、是金属材料的（塑性）指标；b、s是金属材料的（强度）指标；Ak是金属材料的（

27、冲击韧性）指标。3对钢材，其泊桑比（0.3）。4氢腐蚀属于化学腐蚀与电化学腐蚀中的（化学）腐蚀，而晶间腐蚀与应力腐蚀属于（电化学）腐蚀。5奥氏体不锈钢发生晶间腐蚀的温度范围是（450）（850），防止晶间腐蚀的方法一是减少奥氏体不锈钢中的含（碳）量，二是在奥氏体不锈钢中加入（Ti）和（Nb）元素。6应力腐蚀只有在（拉）应力状态下才能发生，在（压应力）和（剪切）应力状态下则不会发生应力腐蚀。化工设备机械基础习题解答第二章 容器设计的基本知识一.、指出下列压力容器温度与压力分级范围温度分级温度范围（C）压力分级压力范围(Mpa)常温容器20C 200C低压容器0.1P1.6中温容器壁温在常温和高温

28、之间中压容器1.6P10高温容器壁温达到材料蠕变温度高压容器10P100低温容器壁温低于20C超高压容器P100浅冷容器壁温在20C至40C之间真空容器器外一个大气压，内部为真空或低于常压深冷容器壁温低于40C二、 指出下列容器属于一、二、三类容器的哪一类A组：序号容器（设备）及条件类别11500，设计压力为10Mpa的管壳式余热锅炉三2设计压力为0.6MPa，容积为1m3的氯化氢气体贮罐三32000，容积为20 m3的液氨贮罐三4压力为10Mpa，容积为800立升的乙烯贮罐三5设计压力为2.5Mpa的糖玻璃容器三B组：序号容器（设备）及条件类别1压力为4Mpa的毒性程度为极度危害介质的容器三

29、2800，设计压力为0.6Mpa，介质为非易燃和无毒的管壳式余热锅炉二3用抗拉强度规定值下限为=620Mpa材料制造的容器三4工作压力为23.5Mpa的尿素合成塔三5汽车罐车和铁路罐车三三、填空题1、钢板卷制的筒体和成型封头的公称直径是指它们的（ 内）径。2、无缝钢管做筒体时，其公称直径是指它们的（ 外）径。3、查手册找出下列无封钢管的公称直径DN是多少毫米？规格143253453.5573.51084DN（mm）102040501004、压力容器法兰标准中公称压力PN有哪些等级？PN（Mpa）0.250.601.01.62.54.06.45、管法兰标准中公称压力PN有哪些等级？PN（Mpa）

30、0.10.250.400.601.01.62.54.0 6目前我国纳入安全技术监察范围的压力容器须同时具备的三个条件是（最高工作压力pw0.1MPa；内直径Di150mm，且容积V0.025m3；介质为气体、液化气或最高工作温度高于标准沸点的液体。） 7我国现有与压力容器相关的标准与规定有近（300）个。化工设备机械基础习题解答 第三篇: 典型化工设备的机械设计第七章 管壳式换热器的机械设计一、 思考题1 衡量换热器好坏的标准大致有哪些？答：传热效率高，流体阻力小，强度足够，结构可靠，节省材料；成本低；制造、安装、检修方便。2 列管式换热器主要有哪几种？各有何优缺点？答：如下表1所示： 表 1

31、列管式换热器种类优 点缺 点固定管板式结构较简单，造价较低，相对其它列管式换热器其管板最薄。管外清洗困难；管壳间有温差应力存在；当两种介质温差较大时必须设置膨胀节。浮头式一端管板固定，另一端管板可在壳体内移动；管壳间不产生温差应力；管束可抽出，便于清洗。结构较复杂，金属耗量较大；浮头处发生内漏时不便检查；管束与管体间隙较大，影响传热。填料函式管束一端可自由膨胀；造价比浮头式低；检修、清洗容易；填函处泄漏能及时发现。壳程内介质有外漏的可能；壳程中不宜处理易挥发、易燃、易爆、有毒的介质。U型管式只有一个管板；管程至少为两程；管束可以抽出清洗；管子可自由膨胀。管内不便清洗；管板上布管少，结构不紧凑，

32、管外介质易短路，影响传热效果；内层管子损坏后不易更换。3 列管式换热器机械设计包括哪些内容？答：壳体直径的决定和壳体壁厚的计算；换热器封头选择，压力容器法兰选择；管板尺寸确定；管子拉脱力的计算；折流板的选择与计算；温差应力计算。此外还应考虑接管、接管法兰选择及开孔补强等。4 我国常用于列管式换热器的无缝钢管规格有哪些？通常规定换热管的长度有哪些？答：我国管壳式换热器常用无缝钢管规格（外径壁厚），如下表2所示。换热管长度规定为：1500mm, 2000mm, 2500mm, 3000mm, 4500mm, 5000mm, 6000mm, 7500mm, 9000mm, 12000mm。换热器的换

33、热管长度与公称直径之比，一般在425之间，常用的为610。立式换热器，其比值多为46。表 2 换 热 管 规 格（mm）碳钢低合金钢192252.5323383不 锈 钢192252322.5382.55 换热管在管板上有哪几种固定方式？各适用范围如何？答：固定方式有三种：胀接、焊接、胀焊结合。胀接：一般用在换热管为碳素钢，管板为碳素钢或低合金钢，设计压力不超过4.0MPa，设计温度在350以下，且无特殊要求的场合。焊接：一般用在温度压强都较高的情况下，并且对管板孔加工要求不高时。胀焊结合：适用于高温高压下，连接接头在反复的热冲击、热变形、热腐蚀及介质压力作用，工作环境极其苛刻，容易发生破坏，

34、无法克服焊接的“间隙腐蚀” 和“应力腐蚀”的情况下。6 换热管胀接于管板上时应注意什么？胀接长度如何确定？答：采用胀接时，管板硬度应比管端硬度高，以保证胀接质量。这样可避免在胀接时管板产生塑性变形，影响胀接的紧密性。如达不到这个要求时，可将管端进行退火处理，降低硬度后再进行胀接。另外，对于管板及换热器材料的线膨胀系数和操作温度与室温的温差t，必须符合表3的规定。表 3 线 膨 胀 系 数 和 温 度10%/30%t15530%/50%t128/50%t72表中：=1/2（1+2），1，2分别为管板与换热管材料的线膨胀系数，1/。 =1-2，1/。 t等于操作温度减去室温（20）。7 换热管与管

35、板的焊接连接法有何优缺点？焊接接头的形式有哪些？答：焊接连接比胀接连接有更大的优越性：在高温高压条件下，焊接连接能保持连接的紧密性；管板孔加工要求低，可节省孔的加工工时；焊接工艺比胀接工艺简单；在压力不太高时可使用较薄的管板。 焊接连接的缺点是：由于在焊接接头处产生的热应力可能造成应力腐蚀和破裂；同时管子与管板间存在间隙，这些间隙内的流体不流动，很容易造成“间隙腐蚀”。 焊接接头的形式有：管板孔上不开坡口； 管板孔端开60坡口； 管子头部不突出管板； 孔四周开沟槽。8 换热管采用胀焊结合方法固定于管板上有何优点？主要方法有哪些？答：胀焊结合方法的优点：由于焊接连接产生应力腐蚀及间隙腐蚀，尤其在

36、高温高压下，连接接头在反复的热冲击、热变形、热腐蚀及介质压力作用下，工作环境极其苛刻，容易发生破坏，无论采用胀接或焊接均难以满足要求。而胀焊结合法能提高连接处的抗疲劳性能，消除应力腐蚀和间隙腐蚀，提高使用寿命。 主要方法有：先强度焊后贴胀、先强度焊后强度胀、先强度胀后密封焊等多种。9 管子在管板上排列的标准形式有哪些？各适用于什么场合？答：排列的标准形式有：正三角形和转角正三角形排列，适用于壳程介质污垢少，且不需要进行机械清洗的场合。 正方形和转角正方形排列，一般可用于管束可抽出清洗管间的场合。10钢制管壳式换热器设计规定中换热器管板设计方法的基本思想是什么？ 答：其基本思想是：将管束当作弹性

37、支承，而管板则作为放置于这一弹性基础上的圆平板，然后根据载荷大小、管束的刚度及周边支撑情况来确定管板的弯曲应力。由于它比较全面地考虑了管束的支承和温差的影响，因而计算比较精确。但计算公式较多，计算过程也较繁杂。但应用计算机进行设计计算，是一种有效的设计方法。11 换热管分程原因是什么？一般有几种分程方法？应满足什么条件？其相应两侧的管箱隔板形式如何？答：分程原因：当换热器所需的换热面积较大，而管子做得太长时，就得增大壳体直径，排列较多的管子。此时为了增加管程流速，提高传热效果，须将管束分程，使流体依次流过各程管子。分程方法：为了把换热器做成多管程，可在流道室（管箱）中安装与管子中心线相平行的分

38、程隔板。管程数一般有1，2，4，6，8，10，12等七种。满足条件：各程换热管数应大致相等；相邻程间平均壁温差一般不应超过28；各程间的密封长度应最短；分程隔板的形式应简单。管箱隔板形式有：单层和双层两种。12折流板的作用如何？常用有哪些形式？如何定位？ 答：在对流传热的换热器中，为了提高壳程内流体的流速和加强湍流强度，以提高传热效率，在壳程内装置折流板。折流板还起支撑换热管的作用。 常用形式有：弓形、圆盘-圆环形和带扇形切口三种。 折流板的固定是通过拉杆和定距管来实现的。拉杆是一根两端皆有螺纹的长杆，一端拧入管板，折流板就穿在拉杆上，各板之间则以套在拉杆上的定距管来保持板间距离。最后一块折流

39、板可用螺母拧在拉杆上予以紧固。13固定管板式换热器中温差应力是如何产生的？有哪些补偿温差应力的措施？ 答：当操作时，壳体和管子温度都升高，若管壁温度高于壳壁温度，则管子自由伸长量比壳体自由伸长量大，但由于管子与壳体是刚性连接，所以管子和壳体的实际伸长量必须相等，因此就出现壳体被拉伸，产生拉应力；管子被压缩，产生压应力。此拉、压应力就是温差应力，也称热应力。 补偿温差应力的措施有：解决壳体与管束膨胀的不一致性；或是消除壳体与管子间刚性约束，使壳体和管子都自由膨胀和收缩。 减少壳体与管束间的温度差； 装设侥性构件；使壳体和管束自由热膨胀；双套管温度补偿。14何谓管子拉脱力？如何定义？产生原因是什么

40、？ 答：换热器在操作中，承受流体压力和管壳壁的温度应力的联合作用，这两个力在管子与管板的连接接头处产生了一个拉脱力，使管子与管板有脱离的倾向。 拉脱力的定义：管子每平方米胀接周边上所受到的力，单位为帕。15壳程接管挡板的作用是什么？主要有哪些结构形式？ 答：在换热器进口处设置挡板（常称为导流筒），它可使加热蒸汽或流体导致靠近管板处才进入管束间，更充分的利用换热面积，目前常用这种结构来提高换热器的换热能力。三、试验算固定管板式换热器的拉脱力已知条件如下：项 目管 子壳 体操作压力MPa操作温度材质线膨胀系数1/弹性模数MPa许用应力MPa尺寸mm管子根数排列方式管间距mm管子与管板连接结构： 胀

41、接长度mm许用拉脱力MPa1.02001011.810-60.21106113252.52000562正三角形a=32开槽胀接l =30q=40.610016MnR11.810-60.2110617310008解：在操作压力下，每平方米胀接周边产生的力: 其中： 在温差应力作用下，管子每平方米胀接周边所产生的力: 其中： 又与作用方向相同，则： ，故管子拉脱力在许用范围内。 8我国现行的关于压力容器具有强制性的、法规性的规定主要有（特种设备安全监察条例、压力容器安全技术监察规程、钢制压力容器）三个。 9GB150-1998钢制压力容器是我国压力容器标准体系中的（核心）标准。 10容器机械设计的

42、基本要求主要有（强度、刚度、稳定性、耐久性、密封性、节省材料和便于制造、方便操作和便于运输、技术经济指标合理）等八条。化工设备机械基础习题解答 第三章 内压薄壁容器的应力分析一、 名词解释A组： 薄壁容器：容器的壁厚与其最大截面圆的内径之比小于0.1的容器。 回转壳体：壳体的中间面是直线或平面曲线绕其同平面内的固定轴线旋转360而成的壳体。 经线：若通过回转轴作一纵截面与壳体曲面相交所得的交线。 薄膜理论：薄膜应力是只有拉压正应力没有弯曲正应力的一种两向应力状态，也称为无力矩理论。 第一曲率半径：中间面上任一点M处经线的曲率半径。 小位移假设：壳体受力以后，各点位移都远小于壁厚。 区域平衡方程

43、式：计算回转壳体在任意纬线上径向应力的公式。 边缘应力：内压圆筒壁上的弯曲应力及连接边缘区的变形与应力。 边缘应力的自限性：当边缘处的局部材料发生屈服进入塑性变形阶段时，弹性约束开始缓解，原来不同的薄膜变形便趋于协调，边缘应力就自动限制。二、 判断题（对者画，错着画）A组：1.下列直立薄壁容器，受均匀气体内压力作用，哪些能用薄膜理论求解壁内应力？哪些不能？（1）横截面为正六角形的柱壳。（）（2）横截面为圆的轴对称柱壳。（）（3）横截面为椭圆的柱壳。 （）（4）横截面为圆的椭球壳。 （）（5）横截面为半圆的柱壳。 （）（6）横截面为圆的锥形壳。 （）2.在承受内压的圆筒形容器上开椭圆孔，应使椭圆

44、的长轴与筒体轴线平行。（）3.薄壁回转壳体中任一点，只要该点的两个曲率半径，则该点的两向应力。 （）4.因为内压薄壁圆筒的两向应力与壁厚成反比，当材质与介质压力一定时，则壁厚大的容器，壁内的应力总是小于壁厚小的容器。（）5.按无力矩理论求得的应力称为薄膜应力，薄膜应力是沿壁厚均匀分布的。（）B组：1.卧式圆筒形容器，其内介质压力，只充满液体，因为圆筒内液体静载荷不是沿轴线对称分布的，所以不能用薄膜理论应力公式求解。（）2.由于圆锥形容器锥顶部分应力最小，所以开空宜在锥顶部分。（）3.凡薄壁壳体，只要其几何形状和所受载荷对称于旋转轴，则壳体上任何一点用薄膜理论应力公式求解的应力都是真实的。（）4

45、.椭球壳的长，短轴之比a/b越小，其形状越接近球壳，其应力分布也就越趋于均匀。（）5.因为从受力分析角度来说，半球形封头最好，所以不论在任何情况下，都必须首先考虑采用半球形封头。（）三、 指出和计算下列回转壳体上诸点的第一和第二曲率半径A组：1、 球壳上任一点 2、圆锥壳上之M点 3、碟形壳上之连接点A与BA 点： 在球壳上：在弧面上：B 点： 在弧面上：在圆柱壳上：B组：1.圆柱壳上任一点2.圆锥壳与柱壳的连接点A及锥顶点B四、 计算下列各种承受气体均匀内压作用的薄壁回转壳体上诸点的薄膜应力。A组：1.球壳上任一点，已知：p=2Mpa，D=1008mm，=8mm。2.圆锥壳上之A点和B点，已

46、知：p=0.5Mpa，D=1010mm，S=10mm，a=30o。3.椭球壳上之A，B，C点，已知：p=1Mpa，a=1010mm，b=505mm，=20mm。B点处坐标x=600mm。 标准椭圆形封头五、 工程应用题1.某厂生产的锅炉汽包，其工作压力为2.5Mpa，汽包圆筒的平均直径为816 mm，壁厚为16 mm，试求汽包圆筒壁被的薄膜应力。【解】 P=2.5Mpa D=816mm =16mm 属薄壁容器2.有一平均直径为10020 mm的球形容器，其工作压力为0.6Mpa，厚度为20 mm，试求该球形容器壁内的工作压力是多少。【解】 P=0.6Mpa D=10020mm =20mm 属薄

47、壁容器3.有一承受气体内压的圆筒形容器，两端封头均为椭圆形封头，已知：圆筒平均直径为2030 mm，筒体与封头厚度均为30 mm，工作压力为3Mpa，试求； 圆筒壁内的最大工作压力； 若封头椭圆长，短半轴之比分别为，2，2.5时，计算封头上薄膜应力的的最大值并确定其所在的位置。【解】(1) 圆筒 P=3Mpa D=2030mm =30mm 属薄壁容器最大工作应力：（2）椭圆形封头： 在x=0，y=b,（顶点处）有最大值 ，在x=0,y=b处（顶点处） 在x=a,y=0点（边缘处） ，在x=0,y=b处（顶点处）在x=a,y=0点（边缘处）4有一半顶角为45的圆锥形封头，其内气体压力为2MPa，封头厚度为14mm，所求应力点M处的平均直径为1014mm，试求M点处的。【解】 P=2Mpa D=1014mm S=14mm 属薄壁容器19